宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现在的(de)物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

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除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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